Nghiên cứu và đánh giá chất lượng dịch vụ mạng IP bằng phần mềm mô phỏng OPNET

LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành đồ án tốt nghiệp em đã nhận được sự hướng dẫn, giúp đỡ và chỉ
bảo tận tình của quý thầy cô trường Đại học Công Nghệ Thông Tin & Truyền
Thông - Đại Học Thái Nguyên. Lời đầu tiên em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến
thầy giáo ThS. Lê Khánh Dương – Phó trưởng bộ môn Mạng & Truyền Thông Đại học Công Nghệ Thông Tin và Truyền Thông. Người đã tận tình hướng dẫn và
giúp đỡ em hoàn thành bản đồ án này.
Em xin chân thành cảm ơn sự chỉ dẫn tận tâm của tất cả những giảng viên đã trực
tiếp giảng dạy chúng em trong suốt thời gian học tập vừa qua đặc biệt sự quan tâm
giúp đỡ tận tình của quý thầy cô đang công tác tại bộ môn Mạng & Truyền Thông.
Mặc dù đã cố gắng hoàn thiện đề tài bằng tất cả sự nhiệt tình và năng lực của
mình, tuy nhiên không thể tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận được sự đóng
góp quý báu của thầy cô và các bạn!

Thái Nguyên, tháng 6 năm 2012
Sinh Viên
Phạm Lê Tiệp

1


LỜI CAM ĐOAN
Em xin cam đoan về nội dung đồ án tốt nghiệp với tên đồ án "Nghiên cứu và
đánh giá chất lượng dịch vụ mạng IP bằng phần mềm mô phỏng OPNET" là sản
phẩm của riêng cá nhân em, không sao chép lại của người khác. Trong toàn bộ nội
dung của đồ án, những điều được trình bày là của cá nhân em hoặc là được tổng
hợp từ nhiều nguồn tài liệu tham khảo. Tất cả tài liệu tham khảo đều có xuất xứ rõ
ràng và được trích dẫn hợp pháp. Em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm và chịu mọi
hình thức kỷ luật theo quy định cho lời cam đoan của mình.

Thái Nguyên, tháng 6 năm 2012
Sinh Viên

Phạm Lê Tiệp

2


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN..........................................................................................................1
LỜI CAM ĐOAN.....................................................................................................2
MỤC LỤC................................................................................................................3
MỤC LỤC HÌNH ẢNH ..........................................................................................5
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT..................................................................................9
LỜI NÓI ĐẦU.......................................................................................................10
CHƯƠNG 1............................................................................................................11
TỔNG QUAN MẠNG IP......................................................................................11
1.1. Tổng quan về giao thức TCP/IP .................................................................11
1.1.1 Kiến trúc của TCP/IP.................................................................................11
1.1.2. Một số giao thức cơ bản trong mô hình TCP/IP .....................................13
1.2. Địa chỉ IP.....................................................................................................19
1.2.1. Địa chỉ IPv4..............................................................................................19
1.2.2. Địa chỉ IPv6..............................................................................................20
1.3. Phần cứng và thiết bị mạng IP.....................................................................22
1.3.1. Card mạng (NIC-Network Interface Card)..............................................22
1.3.2. Bộ chuyển tiếp - Repeater........................................................................23
1.3.3. Switch.......................................................................................................23
1.3.4. Bộ định tuyến – Router.............................................................................24
1.4. Phân loại mạng IP........................................................................................25
1.4.1. Mạng cục bộ LAN (Local Area Network)...............................................25
1.4.2. Mạng diện rộng WAN (Wide Area Network) ........................................26
3

1.4.3. Mạng internet............................................................................................27
CHƯƠNG 2............................................................................................................28
CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRONG MẠNG IP..................................................28
2.1. Tổng quan về chất lượng dịch vụ ...............................................................28
2.1.1. Những tham số đánh giá chất lượng dịch vụ...........................................29
2.1.2. Các nguyên tắc QoS.................................................................................31
2.1.3. Các mô hình đảm bảo QoS.......................................................................32
2.2. Chất lượng dịch vụ trong mạng IP..............................................................46
2.2.1. Sự cần thiết của QoS trong mạng IP........................................................46
2.2.2. Các yêu cầu chất lượng dịch vụ trong mạng IP.......................................48
2.2.3. Phân lớp lưu lượng trong mạng IP...........................................................49
2.2.4. Điều khiển tắc nghẽn trong mạng IP........................................................51
CHƯƠNG 3............................................................................................................62
XÂY DỰNG KỊCH BẢN MÔ PHỎNG ĐÁNH GIÁ QoS MẠNG IP................62
3.1. Phần mềm OPNET ....................................................................................62
3.1.1. Giới thiệu về OPNET...............................................................................62
3.1.2. Lý do chọn OPNET .................................................................................65
3.2. Xây dựng kịch bản mô phỏng đánh giá QoS mạng IP................................66
3.2.1. Kịch bản mô phỏng...................................................................................66
3.2.2. Các kết quả thu được khi thực hiện mô phỏng .......................................69
KẾT LUẬN............................................................................................................75
TÀI LIỆU THAM KHẢO......................................................................................76

4


MỤC LỤC HÌNH ẢNH
................................................................................................................................11
Hình 1.1- Mô hình tham chiếu TCP/IP..................................................................11

................................................................................................................................12
Hình 1.2 - Mô tả đóng gói dữ liệu theo kiến trúc TCP/IP.....................................12
................................................................................................................................13
Hình1.3 - Mô hình phân lớp bộ giao thức TCP/IP................................................13
................................................................................................................................14
Hình 1.4 - Cấu trúc gói tin TCP.............................................................................14
................................................................................................................................15
Hình 1.5 - Cấu trúc gói tin UDP............................................................................15
................................................................................................................................16
Hình 1.6 - Tiêu đề IP datagram..............................................................................16
................................................................................................................................18
Hình 1.7 - ARP ánh xạ các địa chỉ IP vào các địa chỉ vật lý.................................18
................................................................................................................................20
................................................................................................................................20
................................................................................................................................20
Hình 1.8 - Cấu trúc các lớp địa chỉ IP...................................................................20
................................................................................................................................21
Hình 1.9 - Định dạng gói IPv6...............................................................................21
................................................................................................................................23
Hình 1.10 - Card mạng...........................................................................................23
5


................................................................................................................................26
Hình 1.11 - Mô hình mạng LAN...........................................................................26
................................................................................................................................27
Hình 1.12 - Mô hình mạng WAN..........................................................................27
................................................................................................................................33
Hình 2.1 - Các mô hình đảm bảo QoS ..................................................................33
................................................................................................................................34

Hình 2.2 - Mô hình Best – Effort..........................................................................34
................................................................................................................................35
Hình 2.3 - Mô hình IntServ....................................................................................35
................................................................................................................................37
Hình 2.4 - Hoạt động của mô hình mạng sử dụng RSVP.....................................37
................................................................................................................................40
Hình 2.5 - Sơ đồ khối kiến trúc DiffServ..............................................................40
................................................................................................................................42
Hình 2.6 - Cấu trúc bit trong trường DSCP...........................................................42
................................................................................................................................44
Hình 2.7 - Cơ chế phân loại và điều hòa đến lưu lượng........................................44
................................................................................................................................50
Hình 2.8 - Mô tả trường ToS trong gói IP.............................................................50
................................................................................................................................51
................................................................................................................................53
Hình 2.9 - Hàng đợi FIFO......................................................................................53

6


................................................................................................................................54
Hình 2.10 - Cơ chế hoạt động của hàng đợi CQ...................................................54
................................................................................................................................56
Hình 2.11 - Cơ chế hoạt động của hàng đợi PQ....................................................56
................................................................................................................................57
Hình 2.12 - Cơ chế hoạt động của hàng đợi WFQ................................................57
................................................................................................................................62
Hình 3.1 - Thứ tự xây dựng chương trình mô phỏng............................................62
................................................................................................................................63
Hình 3.2 - Một mô hình mạng trên cửa sổ Project Editor.....................................63

................................................................................................................................64
Hình 3.3 - Giao diện chung của OPNET ..............................................................64
................................................................................................................................64
Hình 3.4 - Nút công cụ...........................................................................................64
................................................................................................................................66
Hình 3.5 - Kịch bản mô phỏng...............................................................................66
................................................................................................................................67
Hình 3.6 - Application Attributes..........................................................................67
................................................................................................................................67
Hình 3.7 - QoS Attribute........................................................................................67
................................................................................................................................68
Hình 3.8 - Profile Config Attribute........................................................................68
................................................................................................................................68

7


Hình 3.9 - PC Attribute .........................................................................................68
................................................................................................................................69
Hình 3.10 - Hàng đợi PQ.......................................................................................69
................................................................................................................................70
Hình 3.11 - Hàng đợi CQ.......................................................................................70
................................................................................................................................71
Hình 3.12 - Hàng đợi WFQ...................................................................................71
................................................................................................................................72
Hình 3.13 - Traffic Sent ........................................................................................72
................................................................................................................................72
Hình 3.14 - Traffic Received.................................................................................72
................................................................................................................................73
Hình 3.15 - Packet End–to–End Delay .................................................................73

................................................................................................................................74
Hình 3.16 - Packet Delay Variation.......................................................................74

8


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
TCP
IP
UDP
SMTP

Transmission Control Protocol
Internet Protocol
User Datagram Protocol
Simple Mail Transfer Protocol

FTP

File Transfer Protocol

DNS

Domain Name System

ACK

Acknowledgement

ARP

Address Resolution Protocol

RARP

Reverse Address Resolution Protocol

NIC

Network Interface Card

MAC

Medium Access Control address

LAN

Local Area Network

CSMA/CD

Carier sense Multiple Access/ Collision Avoidance

WAN

Wide Area Network

ISDN

Integrated Services Digital Network

DSL

Digital Subscriber Line

QoS

Quality of Service

RSVP
IPP

Resource Reservation Protocol
IP Precedence

FIFO

First In First Out

CQ

Custom Queuing

PQ

Priority Queuing

WFQ

Weighted Fair Queuing

9


LỜI NÓI ĐẦU
Trong xu hướng phát triển bùng nổ thông tin ngày này, các nhu cầu về thông tin
liên lạc ngày càng mở rộng. Nó đi đôi với nhu cầu đòi hỏi cao về chất lượng dịch
vụ. Đối với nhà khai thác mạng nâng cao chất lượng dịch vụ đồng nghĩa với tăng
khả năng cạnh tranh. Điều đó được ví như một điều tất yếu mà một nhà khai thác
phải làm tốt để tồn tại.
Bản đồ án với đề tài "Nghiên cứu và đánh giá chất lượng dịch vụ mạng IP bằng
phần mềm mô phỏng OPNET" đã đề cập đến những vấn đề cơ bản về chất lượng
dịch vụ trong mạng IP. Sau một thời gian tìm hiểu và nghiên cứu bản đồ án đã hoàn
thành với những nội dung chính sau đây:
Chương 1: Tổng quan về mạng IP.
Chương 2: Chất lượng dịch vụ trong mạng IP.
Chương 3: Xây dựng kịch bản mô phỏng đánh giá chất lượng dịch vụ trong mạng
IP.
Phần mô phỏng đánh giá chất lượng dịch vụ mạng IP được em xây dựng trên
phần mềm OPNET. Đó là một phần mềm cung cấp khả năng quản lý mạng và các
ứng dụng. Bên cạnh đó nó còn là một phần mềm rất hay cho việc học tập về mạng
bởi khả năng phân tích,lên kế hoạch và giả lập môi trường mạng.

10


CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN MẠNG IP
Giao thức TCP/IP được phát triển từ mạng ARPANET và Internet và được dùng
như giao thức mạng và vận chuyển trên mạng Internet. TCP (Transmission Control

Protocol) là giao thức thuộc tầng vận chuyển và IP (Internet Protocol) là giao thức
thuộc tầng mạng của mô hình OSI. Họ giao thức TCP/IP hiện nay là giao thức được
sử dụng rộng rãi nhất để liên kết các máy tính và các mạng.
Hiện nay các máy tính của hầu hết các mạng có thể sử dụng giao thức TCP/IP để
liên kết với nhau thông qua nhiều hệ thống mạng với kỹ thuật khác nhau. Giao thức
TCP/IP thực chất là một họ giao thức cho phép các hệ thống mạng cùng làm việc
với nhau thông qua việc cung cấp phương tiện truyền thông liên mạng.

1.1. Tổng quan về giao thức TCP/IP
1.1.1 Kiến trúc của TCP/IP

Hình 1.1- Mô hình tham chiếu TCP/IP
Network Access Layer : Cung cấp các giao tiếp với mạng vật lý bao gồm các
thiết bị hệ thống vận hành, các card giao diện mạng tương ứng… Lớp này thực hiện
nhiệm vụ các chi tiết phần cứng hoặc các giao tiếp vật lý với cáp. Ngoài ra thực

11


hiện việc kiểm soát lỗi dữ liệu phân bổ trên mạng vật lý. Lớp này không định nghĩa
một giao thức riêng nào, nó hỗi trợ tất cả các giao thức chuẩn và độc quyền ví dụ
như Ethenet, Token Ring, Wireless, IP…Lớp này thực tế cũng quyết định khá nhiều
tới chất lượng cung cấp dịch vụ của mạng, tuy nhiên việc cải tiến trên là khó khăn ,
do vậy người ta thường cải thiện theo hướng nâng cấp phần mềm.
Internet Layer : Cung cấp chức năng đánh địa chỉ, độc lập với phần cứng , nhờ
đó dữ liệu có thể truyền độc lập giữa các mạng có mô hình vật lý khác nhau. Lớp
này chịu trách nhiệm truyền các gói qua mạng, hỗi trợ các giao thức liên mạng IP,
định tuyến các gói trong liên mạng.
Transpost Layer : Chịu trách nhiệm truyền thông điệp từ một tiến trình tới một
tiến trình khác. Nó có hai giao thức rất khác nhau là: giao thức điều khiển truyền

dẫn TCP và giao thức người sử dụng UDP (User Datagram Protocol) .
Applycation Layer : Điều khiển từng ứng dụng cụ thể. Nghĩa là nó cũng bao gồm
các giao thức mức cao, mã hóa điều khiển hội thoại…hiện nay có hàng trăm thậm
chí đến hàng nghìn giao thức thuộc lớp này.
Dữ liệu gửi từ tầng ứng dụng đi suống , và khi qua mỗi tầng nó được định nghĩa
riêng về dữ liệu mà nó sử dụng.

Hình 1.2 - Mô tả đóng gói dữ liệu theo kiến trúc TCP/IP

12


Tại nơi gửi, mỗi tầng nó coi gói tin từ tầng trên gửi xuống như là dữ liệu của nó
và thêm vào gói tin các thông tin điều khiển của mình, sau đó nó lại chuyển tiếp
xuống tầng dưới. Tại nơi nhận thì quá trình lại ngược lại, tại mỗi tầng nó tách thông
tin điều khiển của mình ra , tiếp đó nó chuyển tiếp lên tầng trên.

1.1.2. Một số giao thức cơ bản trong mô hình TCP/IP

Hình1.3 - Mô hình phân lớp bộ giao thức TCP/IP
Applycation Layer (Tầng Ứng Dụng) :
- SMTP (Simple Mail Transfer Protocol): Giao thức truyền thư điện tử giữa các
máy tính. Đây là dạng đặc biệt của truyền tệp được sử dụng để gửi các thông báo tới
một máy chủ qua thư hoặc giữa các máy với nhau. Nó được sử dụng rất phổ biến
trên Internet , dùng để gửi các message “email” dựa trên địa chỉ của email.
- FTP (File Transfer Protocol): Đây là một dịch vụ hướng kết nối và tin cậy, sử
dụng TCP để cung cấp truyền tệp giữa các hệ thống hỗ trợ FTP.
- Telnet:Cho phép các phiên đăng nhập từ xa giữa các máy tính. Do telnet hỗ trợ
chế độ văn bản nên giao diện người dùng thường ở dạng dấu nhắc lệnh tương tác.

13


- DNS (Domain Name System): Chuyển đổi tên miền thành địa chỉ IP. Giao thức
này thường được các ứng dụng sử dụng khi người dùng ứng dụng này dùng tên chứ
không dùng địa chỉ IP.
Transpost Layer (Tầng Vận Chuyển) :
TCP (Transmission Control Protocol): Là một trong các giao thức cốt lõi của bộ
giao thức TCP/IP. TCP hoạt động theo hướng kết nối (Connection-Oriented), trước
khi truyền dữ liệu giữa 2 máy, nó thiết lập một kết nối giữa 2 máy theo phương thức
"bắt tay 3 bước (Three-Way-Hand-Shake)" bằng cách gửi gói tin ACK từ máy đích
sang máy nhận, trong suốt quá trình truyền gói tin, máy gửi yêu cầu máy đích xác
nhận đã nhận đủ các gói tin đã gửi, nếu có gói tin bị mất, máy đích sẽ yêu cầu máy
gửi gửi lại, thường xuyên kiểm tra gói tin có bị lỗi hay ko, ngoài ra còn cho phép
qui định số lượng gói tin được gửi trong một lần gửi (Window-Sizing), điều này
đảm bảo máy nhận nhận được đầy đủ các gói tin mà máy gửi gửi đi

Hình 1.4 - Cấu trúc gói tin TCP
UDP (User Datagram Protocol): Khác với TCP, UDP không cung cấp sự tin cậy
và thứ tự truyền nhận, các gói dữ liệu có thể đến không đúng thứ tự hay bị mất mà
không có thông báo. Tuy nhiên UDP nhanh và hiệu quả hơn đối với các ứng dụng
truyền những file kích thước nhỏ và yêu cầu khắt khe về thời gian. Do bản chất

14


không trạng thái nên UDP hữu dụng trong việc trả lời các truy vấn nhỏ cho số lượng
lớn người yêu cầu. Được hỗ trợ bởi nhiều dịch vụ phổ biến như DNS, VoiIP, TFTP.
UDP không thực hiện quá trình bắt tay khi gửi và nhận thông tin, do đó được gọi
là Connectionless. UDP không đảm bảo cho các tầng phía trên rằng thông điệp đã

được gửi và người gửi cũng không có trạng thái thông điệp UDP một khi gói tin đã
được gửi.

Hình 1.5 - Cấu trúc gói tin UDP
Internet Layer (Tầng Liên Mạng) :
Giao Thức IP (Internet Protocol): IP là một giao thức phi kết nối và không tin
cậy. Nó cung cấp dịch vụ chuyển gói nỗ lực nhất. Nỗ lực nhất ở đây có nghĩa IP
không cung cấp chức năng theo dõi và kiểm tra lỗi. Nó chỉ cố gắng chuyển gói tới
đích chứ không có sự đảm bảo. Nếu độ tin cậy là yếu tố quan trọng, IP phải hoạt
động với một giao thức tầng trên tin cậy, chẳng hạn TCP.
Các gói dữ liệu tại tầng IP được gọi là datagram. Một datagram có chiều dài biến
thiên, gồm hai phần: tiêu đề và dữ liệu. Phần tiêu đề có chiều dài từ 20 đến 60 byte,
chứa các thông tin cần thiết cho định tuyến và chuyển phát dữ liệu.

15


Hình 1.6 - Tiêu đề IP datagram
- Phiên bản (Version): Trường 4 bít này cho biết phiên bản IP tạo phần tiêu đề
này. Phiên bản hiện tại là 4. Tuy nhiên phiên bản IPv6 sẽ thay thế IPv4 trong tương
lai.
- Chiều dài tiêu đề (HL): Trường 4 bít này cho biết chiều dài của phần tiêu đề IP
Datagram, tính theo đơn vị từ (32 bít). Trường này là cần thiết vì chiều dài của phần
tiêu đề thay đổi (từ 20 đến 60 byte). Khi không có phần tuỳ chọn (Option), chiều dài
phần tiêu đề là 20 byte và giá trị của trường này là 5 (5 x 4 = 20). Khi phần tuỳ chọn
có kích thước tối đa thì giá trị của trường là 15 (15 x 4 = 60).
- Độ ưu tiên (Precedence): Trường này có chiều dài 3 byte, giá trị nằm trong
khoảng từ 0 (000) đến 7 (111). Nó chỉ rõ độ ưu tiên của datagram trong trường hợp
mạng có tắc nghẽn.
- Loại dịch vụ (TOS): Trường 5 bít này đặc tả các tham số về dịch vụ.

- Độ dài tổng (Total Length IP): Trường 16 bít này cho biết chiều dài tính theo
byte của cả datagram.
- Số hiệu datagram (Datagram ID): Trường 16 bít này cùng với các trường khác
khác (như địa chỉ nguồn và địa chỉ đích) dùng để định danh duy nhất cho một
datagram trong khoảng thời gian nó vẫn tồn tại trên liên mạng. Giá trị này được
tăng lên 1 đơn vị mỗi khi có datagram được trạm gửi đi. Do vậy giá trị này sẽ quay
lại 0 mỗi khi trạm đã gửi 65535 datagram.

16


- Phân mảnh (Fragmentation): Trường 16 bít này được sử dụng khi datagram
được phân mảnh.
- Thời gian sống (Time To Live): Trường 8 bít này qui định thời gian tồn tại của
datagram trong liên mạng để tránh tình trạng datagram bị chuyển vòng quanh trên
liên mạng. Thời gian này do trạm gửi đặt và bị giảm đi 1 mỗi khi datagram qua một
router trên liên mạng.
- Giao thức (Protocol): Trường 8 bít này cho biết giao thức tầng trên sử dụng
dịch vụ của tầng IP. IP datagram có thể đóng gói dữ liệu từ nhiều giao thức tầng
trên, chẳng hạn TCP, UDP và ICMP. Trường này chỉ rõ giao thức đích cuối cùng
mà IP datagram phải chuyển.
- Tổng kiểm tra (Checksum): Trường 16 bít này chứa mã kiểm tra lỗi theo
phương pháp CRC (chỉ kiểm tra phần tiêu đề).
- Địa chỉ nguồn (Source Address): Trường 32 bít này chứa địa chỉ IP của trạm
nguồn.
- Địa chỉ đích (Destination Address): Trường 32 bít này chứa địa chỉ IP của
trạm đích.
- Các tuỳ chọn IP (IP Options) : Trường này hỗ trợ một số thiết lập tiêu đề tuỳ ý
sử dụng cho việc kiểm tra, gỡ rối và an toàn.
Giao thức phân giải địa chỉ (ARP) : Các máy tính trên một mạng cục bộ sử dụng

giao thức lớp Internet được gọi là giao thức phân giải địa chỉ (ARP – Address
Resolution Protocol) để ánh xạ các địa chỉ IP vào các địa chỉ vật lý. Một host phải
biết địa chỉ vật lý của bộ tương thích mạng đích để gửi bất kỳ dữ liệu nào đến nó. Vì
lý do này, ARP là một giao thức rất quan trọng. Tuy nhiên, các mạng IP thực hiện
theo cách thức sao cho ARP và tất cả các chi tiết của việc chuyển đổi địa chỉ hầu
như vô hình đối với người sử dụng. Bộ tương thích mạng được xác định bởi địa chỉ
IP của nó. Địa chỉ IP phải được ánh xạ đến một địa chỉ vật lý để một thông điệp đến
đích của nó.

17


Mỗi host trên một đoạn mạng duy trì một bảng trong bộ nhớ được gọi là Bảng
ARP hay bộ nhớ nhanh ARP (ARP Cache). ARP liên kết các địa chỉ IP của các host
khác trên đoạn mạng với các địa chỉ vật lý. Khi một host cần gửi dữ liệu đến một
host khác trên đoạn, host kiểm tra bảng ARP để xác định địa chỉ vật lý của nơi
nhận. Bảng ARP được hình thành một cách tự động. Nếu địa chỉ nhận dữ liệu hiện
không được liệt kê trong bảng ARP, host gửi một broadcast được gọi là một khung
yêu cầu ARP.

Hình 1.7 - ARP ánh xạ các địa chỉ IP vào các địa chỉ vật lý
Khung yêu cầu ARP chưa được phân giải. Khung yêu cầu ARP cũng chứa địa
chỉ IP và địa chỉ vật lý của host gửi yêu cầu. Các host khác trên đoạn mạng nhận
yêu cầu ARP, và host có địa chỉ IP chưa phân giải hồi đáp bằng cách gửi địa chỉ vật
lý của nó đến host gửi yêu cầu. Ánh xạ địa chỉ IP và địa chỉ vật lý được thêm vào
bảng ARP của host yêu cầu.
Thông thường, các mục trong bảng ARP sẽ hết hạn sau một khoảng thời gian
định trước. Khi thời gian sống của một mục ARP kết thúc, mục đó sẽ bị loại bỏ khỏi
bảng. Tiến trình phân giải bắt đầu lại ở thời điểm kế khi mà host cần gửi dữ liệu đến
địa chỉ IP của mục đã bị loại bỏ.

Giao thức phân giải địa chỉ ngược (RARP) : RARP là viết tắt của Reverse ARP
(Giao thức phân giải địa chỉ ngược). RARP trái ngược với ARP. ARP được sử dụng
18


khi biết địa chỉ IP nhưng không biết địa chỉ vật lý. RARP thì được sử dụng khi biết
địa chỉ vật lý nhưng không biết địa chỉ IP. Khi máy được bật, yêu cầu RARP được
tạo ra và được gửi quảng bá trên mạng cục bộ. Một máy khác trên mạng biết về mọi
địa chỉ IP sẽ trả lời yêu cầu bằng bản tin trả lời RARP. Máy yêu cầu RARP phải
chạy chương trình RARP khách và máy trả lời RARP phải chạy chương trình
RARP chủ.

1.2. Địa chỉ IP
1.2.1. Địa chỉ IPv4
Một địa chỉ IPv4 là một địa chỉ nhị phân 32 bit. Địa chỉ 32 bit này được phân
chia thành 4 đoạn 8 bit được gọi là các octet. Con người không thoải mái khi làm
việc với các địa chỉ nhị phân 32 bit hay ngay cả các octet nhị phân 8 bit, vì thế địa
chỉ IPv4 hầu như luôn luôn được biểu diễn dưới dạng chấm thập phân. Dưới dạng
chấm thập phân, mỗi octet được gán một số thập phân tương ứng. 4 giá trị thập
phân (4 × 8 = 32 bit) sau đó được phân biệt bằng các dấu chấm. 8 bit nhị phân có
thể đại diện cho bất kỳ số nguyên nào từ 0 đến 255. Một địa chỉ IPv4 chấm thập
phân có dạng: 209.121.131.14.Một phần của địa chỉ IPv4 được sử dụng cho định
danh mạng, và một phần của địa chỉ được sử dụng cho định danh host. Sự phức tạp
của địa chỉ IPv4 là phần định danh mạng biến đổi.
Mỗi địa chỉ IP được chia làm 2 phần : Phần địa chỉ mạng (Net ID) và phần địa
chỉ trạm (Host ID).
- Net ID: Dùng để nhận dạng những hệ thống trong cùng 1 khu vực vật lý còn
được gọi là Segment. Mọi hệ thống trong cùng 1 Segment phải có cùng địa chỉ
mạng và phần địa chỉ này phải là duy nhất trong số các mạng hiện có.
- Host ID: Dùng để nhận dạng một trạm làm việc, một máy chủ, nột router hoặc

một trạm TCP/IP trong một phân đoạn. Phần địa chỉ trạm cũng phải là duy nhất
trong một mạng. Sự kết hợp giữa Net ID và Host ID phải cho phép nhận dạng duy
nhất mỗi máy tính riêng biệt.

19


Địa chỉ IPv4 chia ra 5 lớp A,B,C, D, E. Hiện tại đã dùng hết lớp A,B và gần hết
lớp C, còn lớp D và E tổ chức internet đang để dành cho mục đích khác không
phân.

Hình 1.8 - Cấu trúc các lớp địa chỉ IP
Bit nhận dạng là những bit đầu tiên : của lớp A là 0, của lớp B là 10, của lớp C là
110, của lớp D là 1110 còn của lớp E là 11110.

1.2.2. Địa chỉ IPv6
Địa chỉ IPv6 dài 128 bít và được biểu diễn dưới dạng hexa hai chấm. Trong cách
biểu diễn này, 128 bít được chia thành 8 phần, mỗi phần dài 2 byte. Hai byte được
biểu diễn bằng 4 số hexa. Do đó, địa chỉ IP gồm 32 số hexa, cứ 4 số hexa có một
dấu hai chấm để phân tách.

20


Hình 1.9 - Định dạng gói IPv6
IPv6 gồm các loại chính sau đây:
Unicast Address: Dùng để xác định một Interface trong phạm vi các Unicast
Address. Gói tin (Packet) có đích đến là Unicast Address sẽ thông qua Routing để
chuyển đến 1 Interface duy nhất
Anycast Address : Là địa chỉ đặc biệt có thể gán cho nhiều interface, gói tin

chuyển đến Anycast Address sẽ được vận chuyển bởi hệ thống Routing đến
Interface gần nhất. Hiện nay, địa chỉ Anycast được sử dụng rất hạn chế, rất ít tài liệu
nói về cách sử dụng loại địa chỉ này. Hầu như Anycast addresss chỉ được dùng để
đặt cho Router, không đặt cho Host, lý do là bởi vì hiện nay địa chỉ này chỉ được sử
dụng vào mục đích cân bằng tải.
Ví dụ : khi một nhà cung cấp dịch vụ mạng có rất nhiều khách hàng muốn truy
cập dịch vụ từ nhiều nơi khác nhau, nhà cung cấp muốn tiết kiệm nên chỉ để một
Server trung tâm phục vụ tất cả, họ xây dựng nhiều Router kết nối khách hàng với
Server trung tâm, khi đó mỗi khách hàng có thể có nhiều con đường để truy cập
dịch vụ. Nhà cung cấp dịch vụ đặt địa chỉ Anycast cho các Interfaces là các Router
kết nối đến Server trung tâm, bây giờ mỗi khách hàng chỉ việc ghi nhớ và truy cập
vào một địa chỉ Anycast thôi, tự động họ sẽ được kết nối tới Server thông qua
Router gần nhất. Đây thật sự là một cách xử lý đơn giản và hiệu quả.
Multicast Address: Trong địa chỉ IPv6 không còn tồn tại khái niệm địa chỉ
Broadcast. Mọi chức năng của địa chỉ Broadcast trong IPv4 được đảm nhiệm thay
21


thế bởi địa chỉ IPv6 Multicast. Địa chỉ Multicast giống địa chỉ Broadcast ở chỗ điểm
đích của gói tin là một nhóm các máy trong một mạng, song không phải tất cả các
máy. Trong khi Broadcast gửi trực tiếp tới mọi host trong một subnet thì Multicast
chỉ gửi trực tiếp cho một nhóm xác định các host, các host này lại có thể thuộc các
subnet khác nhau. Host có thể lựa chọn có tham gia vào một nhóm Multicast cụ thể
nào đó hay không (thường được thực hiện với thủ tục quản lý nhóm internet Internet Group Management Protocol), trong khi đó với Broadcast, mọi host là
thành viên của nhóm Broadcast bất kể nó có muốn hay không.

1.3. Phần cứng và thiết bị mạng IP
Các thiết bị mạng sử dụng phổ biến trong mạng IP là NIC, Bộ chuyển tiếp,
Brigde, router. Phần này sẽ giới thiệu các thiết bị được sử dụng khi cài đặt một
mạng IP, chức năng của chúng và cách chúng tương tác với các thiết bị khác khi

vận hành mạng.

1.3.1. Card mạng (NIC-Network Interface Card)
Card mạng là một bảng mạch cung cấp cho mạng khả năng truyền thông giữa các
hệ thống máy tính. Mỗi nhà sản xuất đặt một địa chỉ vật lý cho mỗi NIC.
Điều khiển truy nhập hay địa chỉ MAC: các thiết bị, cổng kết nối trong mạng
LAN yêu cầu phải có địa chỉ MAC. MAC là địa chỉ được chuẩn hoá tại tầng liên kết
dữ liệu trong mô hình tham chiếu OSI. Những thiết bị khác trong mạng sử dụng địa
chỉ MAC để định vị cổng trên mạng, tạo và cập nhật bảng định đường, cấu trúc dữ
liệu. Địa chỉ MAC dài 6 byte, quản lý bởi IEEE. MAC còn được gọi là địa chỉ phần
cứng hay địa chỉ vật lý.

22


Hình 1.10 - Card mạng

1.3.2. Bộ chuyển tiếp - Repeater
Là thiết bị kết nối tại tầng vật lý, được sử dụng để liên kết các phân đoạn của
mạng IP khi mở rộng. Một vấn đề thông thường đối với các thiết bị liên kết mạng
đó là khi chiều dài cáp và số lượng lớn thiết bị dẫn tới tín hiệu bị suy giảm. Bộ
chuyển tiếp giúp nhiều phân đoạn cáp truyền được xem như một đường truyền duy
nhất, tránh gây thất thoát dữ liệu.
Bộ chuyển tiếp nhận thông tin trên mạng như một nút trên mạng, sau đó truyền
lại thông tin đó bằng cách khuyếch đại, định tín shiệu thời gian. Điều này tránh
được hiện tượng tín hiệu bị suy yếu do chiều dài của cáp truyền và số lượng lớn các
thiết bị kết nối trong mạng.
Bộ chuyển tiếp không làm tinh dữ liệu, lọc nhiễu bộ chuyển tiếp chỉ đơn giản
chấp nhận dữ liệu rồi chuyển tới trạm làm việc của phân đoạn mạng xa hơn. Tất cả
tín hiệu điện tử bao gồm tín hiệu điện nhiễu và các lỗi khác được lặp lại và khuyếch

đại. Số lượng các bộ chuyển tiếp và số phân đoạn mạng được kết nối được giới han
dựa trên tín hiệu điều hoà thời gian và những vấn đề khác.

1.3.3. Switch
Switch là các thiết bị tầng liên kết, liên kết các phân mạng IP vật lý thành một
mạng lớn hơn. Giống như cầu nối, Switch chuyển tíêp lưu thông trên mạng dữ trên
23


địa chỉ MAC. Switch có thể sử dụng một vài kỹ thuật chuyển mạch, hai kỹ thuật
phổ biến là chuyển mạch lưu trữ - chuyển tiếp (Store And Forwad Switching) và
chuyển mạch cắt (Cut Through Switching).
Trong chuyển mạch lưu trữ - chuyển tiếp (Store And Forwad Switching), toàn bộ
khung phải được nhận trước khi chuyển tiếp. Có nghĩa thời gian sử lý tiêm tàng tỷ
lệ với kích thước khung, khung càng lớn thì thời gian trễ qua switch càng lớn.
Chuyển mạch Cut-Through cho phép switch chuyển tiếp khung khi nhận đủ một
lượng nhất định các khung. Kỹ thuật này làm giảm thời gian trễ qua switch.
Store And Forwad Switching cho phép switch có thể kiểm tra lỗi ở các khung
trước khi chuyển tiếp chúng, thuộc tính không chuyển các khung lỗi là thuộc tính
ưu việt của switch.
Kỹ thuật chuyển mạch Cut – Through không có được ưu điểm này, do đó switch
có thể vẫn chuyển tiếp các khung có lỗi.

1.3.4. Bộ định tuyến – Router
Làm việc ở tầng mạng của mô hình OSI, kết nối các mạng riêng biệt với những
kiến trúc và giao thức khác nhau, cho phép xác định được đường đi tốt nhất trong
môi trường mạng. Bộ định tuyến bao gồm cả phần cứng và phần mềm, cung cấp
giao diện với Ethernet, Token Ring, Frame Relay, ATM và các công nghệ khác,
phần mềm bao gồm hệ điều hành, giao thức định tuyến và các phần mềm điều khiển
(tuỳ chọn).

Bộ định tuyến duy trì bảng định tuyến (ghi địa chỉ mạng) để biết địa chỉ đích gói
dữ liệu và xác định đường dẫn tốt nhất. Bảng này liệt kê các thông tin sau: Toàn bộ
số địa chỉ mạng đã biết, cách kết nối vào các mạng khác, các lộ trình có thể có giữa
những bộ định tuyến, phí tổn truyền dữ liệu qua các lộ trình đó, khi bộ định tuyến
nhận gói dữ liệu gửi đến mạng ở xa, chúng sẽ truyền dữ liệu đến các bộ định tuyến
quản lý mạng đích. Trong một số trường hợp đây là một lợi điểm vì nó có nghĩa là
bộ định tuyến có thể:

24


-

Phân đoạn mạng lớn thành nhiều đoạn nhỏ hơn.

-

Hoạt động như một rào cản an toàn giữa các đoạn mạng

-

Ngăn chặn tình trạng phát rộng (broadcast storm)

-

Cô lập và lọc lưu lượng trên mạng.

Bộ định tuyến chỉ làm việc với các giao thức giao thức định tuyến được như
DECnet, IP, IPX, OSI, XNS, DDP (AppleTalk). Có các giao thức không thể định
tuyến được như LAT, NetBEUI. Có hai bộ định tuyến là tĩnh và động. Loại tĩnh đòi

hỏi người người quản trị mạng phải tự mình cài đặt và thiết lập cấu hình bảng định
tuyến đồng thời tự định rõ mọi lộ trình. Loại tự động phát hiện lộ trình và do đó
được lập cấu hình rất ít. Chúng phức tạp hơn ở chỗ phải kiểm tra thông tin từ các bộ
định tuyến khác và đưa ra quyết định về cách gửi dữ liệu qua mạng cho từng gói
một.

1.4. Phân loại mạng IP
1.4.1. Mạng cục bộ LAN (Local Area Network)
Mạng LAN là một nhóm máy tính và các thiết bị truyền thông mạng được nối kết
với nhau trong một khu vực nhỏ như một tòa nhà cao ốc, khuôn viên trường đại
học, khu giải trí, ...
Đặc điểm của mạng LAN :
- Băng thông lớn, có khả năng chạy các ứng dụng trực tuyến như xem phim, hội
thảo qua mạng.
- Kích thước mạng bị giới hạn bởi các thiết bị.
- Chi phí các thiết bị mạng tương đối rẻ.
- Quản trị đơn giản.

25